(57)【要約】  複数の周波数ホッピングチャネル上でネットワークを動作させる方法の記載される例において、この方法は、周波数ホッピングチャネルとは異なるビーコンチャネル上でビーコンを送信すること（６０２）、及び、このビーコンに応答して、ネットワークにジョインするためノードからリクエストを受け取ること（６０６）を含む。この方法は更に、上記受け取る工程に応答して、このノードをネットワークに付加すること（６０８）、及び、上記付加する工程の後、上記複数の周波数ホッピングチャネル上で上記ノードと通信すること（６１２〜６２４）を含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の周波数ホッピングチャネル上でネットワークを動作させる方法であって、
前記周波数ホッピングチャネルとは異なるビーコンチャネル上でビーコンを送信する工程、
前記ビーコンに応答して、前記ネットワークにジョインするためノードからリクエストを受け取る工程、
前記受け取る工程に応答して、前記ノードを前記ネットワークに加える工程、及び
前記加える工程の後、前記複数の周波数ホッピングチャネル上で前記ノードと通信する工程、
を含む、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記ビーコンチャネルが、前記周波数ホッピングチャネルの各々からの異なる帯域幅を有する、方法。
【請求項３】
請求項１に記載の方法であって、前記ビーコンが、前記周波数ホッピングチャネルの前記ネットワークとは別の（separate）ネットワークで送信される、方法。
【請求項４】
請求項１に記載の方法であって、前記ビーコンが、ネットワークオペレーションを制御するための制御情報を含む、方法。
【請求項５】
請求項１に記載の方法であって、前記ビーコンが、周波数ホッピングプロトコル（ＦＨＰ）情報を含む、方法。
【請求項６】
請求項１に記載の方法であって、前記ビーコンが、周波数の周期的シーケンスを含む、方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法であって、前記ビーコンチャネルが、複数の専用ビーコンチャネルを含む、方法。
【請求項８】
複数の周波数ホッピングチャネル上でネットワークを動作させる方法であって、
前記周波数ホッピングチャネルとは異なるビーコンチャネルでビーコンを受信する工程、
前記ビーコンに応答して、前記ネットワークにジョインするためペアレントノードにリクエストを送信する工程、
前記送信する工程に応答して、ジョインするためのグラントを受信する工程、及び
前記ジョインするためのグラントを受け取る前記工程の後、前記複数の周波数ホッピングチャネル上で前記ペアレントノードと通信する工程、
を含む、方法。
【請求項９】
請求項８に記載の方法であって、前記ビーコンが、前記周波数ホッピングチャネルの前記ネットワークとは別のネットワーク上で受信される、方法。
【請求項１０】
請求項８に記載の方法であって、前記ビーコンの送信電力が、前記周波数ホッピングチャネル上の送信電力より大きい、方法。
【請求項１１】
請求項８に記載の方法であって、前記ビーコンが、ネットワークオペレーションを制御するための制御情報を含む、方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の方法であって、前記ビーコンが、周波数ホッピングプロトコル（ＦＨＰ）情報を含む、方法。
【請求項１３】
請求項８に記載の方法であって、前記ビーコンチャネルが、複数の専用ビーコンチャネルを含む、方法。
【請求項１４】
請求項８に記載の方法であって、少なくとも前記ビーコンチャネルの期間、前記ビーコンチャネルをモニタリングすることを含む、方法。
【請求項１５】
メッシュネットワークを動作させる方法であって、
ビーコンチャネルを選択すること、
前記ビーコンチャネルとは異なる複数の周波数ホッピングチャネルを選択すること、
前記ビーコンチャネル上でネットワークビーコンを送信すること、及び
前記複数の周波数ホッピングチャネルで前記メッシュネットワークにおけるデータ信号を複数のノードと通信すること、
を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の方法であって、複数の専用ビーコンチャネルから前記ビーコンチャネルを選択することを含む、方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の方法であって、前記ビーコンチャネルが、前記周波数ホッピングチャネルの各々からの異なる帯域幅を有する、方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の方法であって、前記ネットワークビーコンの送信電力が、前記周波数ホッピングチャネル上の送信電力より大きい、方法。
【請求項１９】
請求項１５に記載の方法であって、前記ネットワークビーコンが、ネットワークオペレーションを制御するための制御情報を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１５に記載の方法であって、前記ネットワークビーコンが、周波数ホッピングプロトコル（ＦＨＰ）情報を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ワイヤレスメッシュ通信システムに関し、更に特定して言えば、周波数ホッピングシステムのための広帯域ビーコンチャネルを備えるネットワークに関連する。
【背景技術】
【０００２】
ワイヤレスメッシュネットワークタイプのワイヤレス通信システムにおいて、少なくとも一つのワイヤレストランシーバが、それ自体のデータを受信及び処理し、また、そのネットワーク内の他のワイヤレストランシーバのための中継器として機能する。これは、ワイヤレスルーティングプロトコルにより達成され得、ワイヤレスルーティングプロトコルにおいて、ソースノードから宛先ノードへデータフレームを送信するため、データフレームは、トランシーバからトランシーバへのホッピングによりネットワーク内で伝搬される。ワイヤレスノードは、ワイヤレスルーター、携帯電話、又はインターネットにアクセスすることが可能なコンピュータなどの、ワイヤレスアクセスポイントであり得る。他の応用例において、ワイヤレスノードは、外部セキュリティモニター、室内モニター、火災又は煙検出器、気象観測所、又は家庭又はビジネスの環境のための任意の数の他のネットワーク応用例であり得る。
【０００３】
図１は、２０１３  Ｗｉ−ＳＵＮ  アライアンス  フィールド  エリア  ネットワーク  ワーキンググループのバージョン０ｖ７９に開示されるような従来のワイヤレスネットワークを示し、これは全体として参照により本願に組み込まれている。このネットワークは、インターネットアクセス回路１５０を含む。このネットワークはパーソナルエリアネットワーク（ＰＡＮ）回路Ａ〜Ｃも含む。ＰＡＮの各々は、それぞれのマスターノードＭＡ１００、ＭＢ１２０、及びＭＣ１３０を介して回路１５０と通信する。
【０００４】
ＰＡＮ  Ａは、ＰＡＮ  Ｂ及びＣに類似し得る例示のネットワークである。ＰＡＮ  Ａは、マスターノードＭＡ１００を介して回路１５０と通信する。ＭＡ１００は、リレーノード（ＲＮ）１０２及びリーフノード（ＬＮ）１１４と直接通信する。そのため、ＭＡ１００は、ＲＮ１０２及びＬＮ１１４のペアレントノードである。ＲＮ１０２は、ＲＮ１０４のペアレントであり、ＲＮ１０４を介してＬＮ１０６と間接的に通信する。ＲＮ１０２また、ＲＮ１０８と直接的に、及びＲＮ１０８を介してＲＮ１１０と間接的に通信する。ＲＮ１０８はＬＮ１１２とも直接通信する。ＲＮ１０８は、ＲＮ１１０及びＬＮ１１２両方のペアレントである。干渉を低減するため及び周波数ダイバーシティを提供するため、大抵、周波数ホッピングプロトコル（ＦＨＰ）がネットワーク内で用いられる。
【０００５】
ＦＣＣ規則（１５．２４７）が、帯域９０２〜９２８ＭＨｚ、２４００〜２４８３．５ＭＨｚ、及び５７２５〜５８５０ＭＨｚにおける狭帯域周波数ホッピングシステムのために一層高い送信電力を可能にするので、米国における多くの狭帯域通信システムのために周波数ホッピングが用いられている。９０２〜９２８ＭＨｚ帯域の場合、２５０ｋＨｚ未満の２０ｄＢ帯域幅で少なくとも５０のホッピングチャネルが用いられ、１ワットの送信電力を用いることができる。２５０ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの２０ｄＢ帯域幅では、少なくとも２５のホッピングチャネルが必要とされる。周波数ホッピングがこれらの狭帯域システムに対して用いらない場合、これらの狭帯域システムは、送信電力が−１．２５ｄＢｍ又は０．７５ｍＷに制限される、規則１５．２４９下に入ることになる。これは、周波数ホッピングシステムより１０００倍以上低い送信電力である。デジタル変調手法を用いる一層広帯域幅のシステムでは、６ｄＢ帯域幅が少なくとも５００ｋＨｚである場合、１ワットの送信電力を用いることができる。
【０００６】
ＩＥＥＥ  ８０２．１５．４ｇは、３つの物理層、周波数偏移変調（ＦＳＫ）、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）、又はダイレクトシーケンススペクトル拡散（ＤＳＳＳ）の一つを用いる、スマートユーティリティネットワーク（ＳＵＮ）のための周波数ホッピングシステムを定義する。ＤＳＳＳは、オフセット４位相偏移変調（ＯＱＰＳＫ）とも称され得る。９０２〜９２８ＭＨｚ帯域は、２００ｋＨｚチャネル間隔の１２９チャネル、又は４００ｋＨｚチャネル間隔の６４チャネル（図２）を有する。これらの定義はいずれも、１５．２４７により必要とされるホッピングチャネルの数を満たし、そのため、１ワットの送信電力を用いることができる。ＳＵＮ周波数ホッピングシステムに関する一つの課題は、新しいノードのためのジョイン（join）手順に長時間かかり得ることである。
【０００７】
ネットワークが、中央ハブを有するスター構成を用いるとき、中央ハブは、他のノードがネットワークにジョインし得るように、他のノードがホッピングシーケンスを学ぶために用い得るビーコンを送信し得る。しかし、メッシュネットワークは中央ハブを有さない。メッシュネットワークにおいて、各ノードは、メッセージが、データをユーティリティに送信するためにバックボーンに接続され得るデータコンセントレータ又はネットワークマスターに達するまで、近隣のノードに送信し得る。逆方向では、メッセージは、リーフノードに達するようにノードからノードへホップし得る。新しいノードがメッシュネットワークにジョインするには、その新しいノードは、一つのチャネル上に一時的に留まり、近隣のノードがビーコンメッセージを送信するまで待機する必要があり得、或いは、その新しいノードは、ビーコンを見つけるために多くのチャネルを順次スキャンする能力がある必要があり得る。
【０００８】
この問題が図３を参照して図示されている。パワーアップされるとき、スレーブノードは、周波数のシーケンスのどこにマスターがあるかを見つけるために取得（acquisition）を実施する必要がある。また、新しい取得は、ノイズ、或いは一時的に無線範囲から外に移動されることなどに起因して、同期化が失われた場合に実施される必要がある。後者の場合、スレーブは、どの周波数でマスターが送信しているかの知識（idea）を有し、この情報は、一層速い取得を達成するために利用される。取得を実施するとき、スレーブは、ビーコンを確実にピックアップするために調査されている各周波数で一つの全期間（full period）を常にリッスンする必要がある。それは、最も有望と思われる周波数で開始し、その後、擬似ランダムシーケンスにおいて最も近隣の周波数まで移動する。これは、典型的に、スレーブがパワーアップされるときランダム選択である。時間０（第１のロー（row））において、第１のマスター周波数推定（guess）が０（第２のロー）である場合、最も近い周波数は、０、１、−１、２、−２、３、−３などである。しかし、マスターもまた周波数にわたってステップする（step）ので、このシーケンスは、シーケンス０、１、２、３、４、５、６などだけ、シフトされる必要がある。従って、調査される実際の周波数は、０、２、１、５、２、８、３（第３のロー）である。全ての周波数が調査されて結果が出ない場合、取得シーケンスをもう一度やりなおす必要がある。この失敗が、スレーブが無線範囲の外にあることに起因すると仮定すると、本願は、電力消費を低減するために各取得間に遅延を有することを選び得る。
【０００９】
従来のネットワークでは、スレーブがパワーアップされ、かつ、マスターがどこでホッピングしているかを知らないとき、スレーブは、ランダム周波数を選び、リッスンする。それがマスターからビーコンを見つけるまでに、長い時間が必要とされ得る。例えば、５０のホッピング周波数が存在する場合、スレーブは、フェージング又は干渉がない場合にビーコンを見つけるために５０個のビーコンサイクルにわたってリッスンする必要があり得る。フェージング又は干渉に起因してビーコンが見つからない（missed）場合、ビーコンを見つけるためにより一層長い時間が必要となり得る。典型的なビーコンパケットフォーマットが、データパケット及び肯定応答／否定応答（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）パケットと共に図４において図示されている。各パケットは、プリアンブル、パケット長さ、及び、巡回冗長検査（ＣＲＣ）フィールドを含む。ビーコン及びＡＣＫ／ＮＡＣＫパケットはまた、ソース識別（ＩＤ）フィールドを含む。ビーコンパケットは制御情報も含み、制御情報は、ネットワーク周波数ホッピングプロトコル（ＦＨＰ）、及びスレーブに対するその他のネットワーク情報を特定する。
【発明の概要】
【００１０】
複数の周波数ホッピングチャネル上でネットワークを動作させる方法の第１の実施例において、この方法は、周波数ホッピングチャネルとは異なるビーコンチャネル上でビーコンを送信すること、及びビーコンに応答してネットワークにジョインするためのリクエストをノードから受け取ることを含む。この方法は更に、受け取る工程に応答して、ノードをネットワークに付加すること、及び、付加する工程の後、複数の周波数ホッピングチャネルでノードと通信することを含む。
【００１１】
複数の周波数ホッピングチャネル上でネットワークを動作させる方法の第２の実施例において、この方法は、周波数ホッピングチャネルとは異なるビーコンチャネルでビーコンを受信すること、及びビーコンに応答してネットワークにジョインするためのリクエストをペアレントノードに送信することを含む。この方法は更に、送信する工程に応答して、ジョインするためのグラントを受信すること、及びジョインするためのグラントを受信する工程の後、複数の周波数ホッピングチャネル上でペアレントノードと通信することを含む。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】従来のワイヤレスネットワークを示す図である。
【００１３】
【図２】図１のワイヤレスネットワークのための例示のチャネルホッピングチャネルを示す図である。
【００１４】
【図３】周波数ホッピングプロトコル（ＦＨＰ）下で動作するワイヤレスネットワークにおいてネットワーク取得の間に生じ得る問題を示す図である。
【００１５】
【図４】ビーコン、データ、及び肯定応答／否定応答（ＡＣＫ／ＮＡＣＫ）パケットのためのパケットフォーマットを示す例示の図である。
【００１６】
【図５】例示の実施例に従った、ネットワーク周波数ホッピングチャネル及び専用ビーコンチャネルを示す図である。
【００１７】
【図６】ネットワーク取得の間ジョインするためのリクエストを受け取るときのネットワークマスターオペレーションを示すフローチャートである。
【００１８】
【図７】ネットワークにジョインすることを要求するときのスレーブオペレーションのフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
従来のネットワーク提案は、ワイヤレスネットワーク通信における一様の改善を提供するが、メッシュネットワークプロトコルにおいて更なる改善が可能である。
【００２０】
図５は、例示の実施例に従った、ネットワーク周波数ホッピングチャネル及び専用ビーコンチャネルを示す。この図は、チャネル５〜６、３０〜３１、及び５５〜５６が３つの専用ビーコンチャネルで置換されることを除き、図２と同じである。従って、図５の図は、５８個の４００ｋＨｚ周波数ホッピングチャネル、及び３つの８００ｋＨｚ専用ビーコンチャネルを有する。ネットワーク取得の間、専用ビーコンチャネルのために３つの広帯域チャネルが用いられ、５８個の狭帯域チャネルは、通常ネットワーク通信の間、周波数ホッピングのために用いられる。チャネルの６ｄＢ帯域幅が５００ｋＨｚより大きい場合、周波数ホッピングは必要とされない。従って、３つのビーコンチャネルは、有利なことに、ビーコン周波数の一つ又は複数がフェージングしている場合に周波数ダイバーシティを提供するために用いられる。９０２〜９２８ＭＨｚ周波数帯に３つの専用ビーコンチャネルしかないので、ネットワークにジョインしようとするノードが、周波数ホッピングの複雑性が付加される、全ての６４チャネルをリッスンすることは必要とされない。
【００２１】
代替の実施例において、９０２〜９２８ＭＨｚ帯域は、１２９個の２００ｋＨｚチャネルに分割され得る。９つの狭帯域チャネルが、周波数ホッピングシーケンスから取り除かれ得、３つの６００ｋＨｚ専用ビーコンチャネルのために用いられ得る。ビーコンチャネルが６００ｋＨｚを占める場合、これは、帯域幅２００ｋＨｚの１２０チャネルを残して、周波数ホッピングチャネルリストから９つの狭帯域チャネルを除き得る。
【００２２】
図６は、ネットワーク取得の間、ジョインするためのノードリクエストを受け取るときのネットワークマスターオペレーションのフローチャートである。ネットワークマスターは、工程６００で専用ビーコンチャネルを選択し、ビーコンパケットを周期的に送信する（６０２）。ビーコンパケットは、図２のビーコンパケットに類似し得、ネットワークにジョインしようとするノードを、ネットワーク周波数ホッピングプロトコル（ＦＨＰ）に適合させるための制御情報を含む。制御情報はまた、例えば、電力モード、同期化、時間スロット情報、及び、ノードをネットワークにジョインさせ得るためのその他の関連制御情報など、その他のネットワーク動作情報を含み得る。ネットワークマスターは、ビーコンを周期的に送り、その後、工程６０４でのリスニング期間が続く。リスニング期間６０４の間にジョインするためのリクエストが受信されない場合、オペレーションはテスト６１２に進む。リスニング期間６０４の間にジョインするためのリクエストをネットワークマスターが受信する（６０６）場合、それはリクエストしているノードをチャイルド又はスレーブとして付加し（６０８）、そのネットワークペアレントとなる。工程６１０で、ネットワークマスターは、ジョインするためのグラントをノードに送り、テスト６１２に進む。ネットワークマスターが、パケットが送信されるべきであると判定する（６１２）場合、ネットワークマスターは、パケットを適切なネットワーク受信者に送り（６１４）、パケット巡回冗長検査（ＣＲＣ）によって決められるようにＡＣＫ（又はＮＡＣＫ）を受信する（６１８）。ネットワークマスターは更に、ネットワークノードの一つ又は複数が、テスト６２０において送信するためのリクエストを送信したかを判定する。送信した場合、ネットワークマスターは、パケットを受信し（６２２）、ＣＲＣによって決められるようにＡＣＫ（又はＮＡＣＫ）を送る（６２４）。その後、ネットワークマスターは、工程６０２に戻り、専用ビーコンチャネルで別のビーコンを送信する。ネットワークマスターは、各工程６０２においてネットワークスレーブに既知である周波数の擬似ランダムシーケンスを介してステップする。各ビーコンは固有のネットワーク情報（ＩＤ）を含み、そのため、ネットワークスレーブは、誤ったネットワークマスターに応答しない。例示の実施例において、工程６００〜６１０におけるネットワーク取得のために、専用ビーコンチャネルが用いられる。専用ビーコンチャネルでの送信は、通常周波数ホッピングチャネルより大きな帯域幅を有し、対応するビーコンが、通常周波数ホッピングチャネルとほぼ同じ送信電力で送信される。これは有利にも、受信を改善し、ネットワーク取得の間の取得時間を低減する。代替の実施例は２つの別個の（distinct）システムを有することであり、一つのシステムが、ワイヤレスＬＡＮシステムなどにおいて広帯域チャネルを用い、ネットワークのジョインは、そのシステムを介して成される。周波数ホッピングシステムは、ブルートゥースなどの別個のシステムであり、周波数ホッピングシステムにジョインすることを一層容易にするために、周波数ホッピング情報が広帯域システムから渡される。
【００２３】
図７は、ネットワークにジョインすることを要求するときのノードオペレーションのフローチャートである。ネットワークにジョインしようとするノードが、監視するビーコンチャネルを選択する（７００）。選択されたビーコンの信号対雑音比（ＳＮＲ）が適していない場合、ノードは、監視するべき異なるビーコンチャネルを選択し得る。ビーコンが受信されない場合、ノードは、選択されたビーコンチャネルを監視し続ける。専用ビーコンチャネルでビーコンが受信される（７０２）場合、ノードは、ジョインするためのリクエストを送信する（７０４）。工程７０８でジョインするためのリクエストがグラントされる。その後、ノードは、ネットワークに入り、ビーコン制御情報（図４）により特定されるようにネットワーク周波数ホッピングプロトコル（ＦＨＰ）に従って動作する。ノードがネットワークに入るとき、ノードは、ネットワークマスターに対するスレーブとなり、パケットが受信されるべきかを判定する（７１０）。受信されるべき場合、スレーブは、パケットを受信し、ＣＲＣによって決められるようにＡＣＫ（又はＮＡＣＫ）を送る（７１２）。その後、スレーブは工程７１４に進み、それが、送るべきパケットを有するかを判定する。有する場合、スレーブは、送るためのリクエストを開始し、適切な時間にパケットを送る（７１６）。工程７１８で、スレーブは、ＣＲＣによって決められるようにＡＣＫ（又はＮＡＣＫ）を受信し、工程７１０に戻る。例示の実施例は、有利にも、ネットワーク取得を促進するための周波数ホッピングを受けない幾つかの専用ビーコンチャネルを提供する。ネットワークにジョインしようとするノードは、最良ＳＮＲを有するビーコンチャネルを選択し得る。ビーコンは、通常周波数ホッピングチャネルと干渉することなくＳＮＲを更に改善するために一層高い送信電力で送信される。
【００２４】
本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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2019509677.tif 000011